Miks on vaja harvendusmeetodit?

Tagaotsa protsessi etapisvahvel (ränivahvel(koos esiküljel olevate vooluringidega) tuleb enne järgnevat tükeldamist, keevitamist ja pakendamist tagaküljelt õhendada, et vähendada pakendi kinnituskõrgust, vähendada kiibi pakendi mahtu, parandada kiibi termilise difusiooni efektiivsust, elektrilisi omadusi, mehaanilisi omadusi ja vähendada tükeldamise hulka. Tagumise lihvimise eelised on kõrge efektiivsus ja madal hind. See on asendanud traditsioonilised märgsöövitus- ja ioonsöövitusprotsessid ning saanud kõige olulisemaks tagumise õhendamise tehnoloogiaks.

Õhendatud vahvel

Kuidas õhendada?

Vahvlite hõrenemise peamine protsess traditsioonilises pakendamisprotsessis

Konkreetsed sammudvahvelHõrenemise eesmärk on töödeldava vahvli sidumine hõrenduskilega ning seejärel vaakumi abil hõrenduskile ja sellel oleva kiibi adsorbeerimine poorsele keraamilisele vahvlilauale, teemantlihvimisketta tööpinna sisemise ja välimise ringikujulise keskjoone reguleerimine ränivahvli keskele ning ränivahvel ja lihvketas pöörlevad lõikamiseks ja lihvimiseks ümber oma vastavate telgede. Lihvimine hõlmab kolme etappi: jämeda lihvimise, peenlihvimise ja poleerimise.

Kiipide tehasest väljuv kiip lihvitakse tagasi, et see õhemaks ja pakendamiseks vajaliku paksuseni õhemaks muuta. Kiibi lihvimisel tuleb esiküljele (aktiivsele alale) paigaldada teip, et kaitsta vooluringi ala, ja samal ajal lihvitakse ka tagumist külge. Pärast lihvimist eemaldage teip ja mõõtke paksus.
Räniplaatide valmistamisel edukalt rakendatud jahvatusprotsesside hulka kuuluvad pöördlauaga lihvimine,ränivahvelrotatsioonlihvimine, kahepoolne lihvimine jne. Monokristalliliste räniplaatide pinnakvaliteedi nõuete edasise paranemisega pakutakse pidevalt välja uusi lihvimistehnoloogiaid, näiteks TAIKO lihvimine, keemilis-mehaaniline lihvimine, poleerimislihvimine ja planetaarne ketaslihvimine.

Pöördlaua lihvimine:

Pöördlaua lihvimine (pöördlaua lihvimine) on varajane lihvimisprotsess, mida kasutatakse räniplaatide valmistamisel ja tagasihõõrumisel. Selle põhimõte on näidatud joonisel 1. Räniplaadid kinnitatakse pöörleva laua iminappadele ja pöörlevad sünkroonselt pöörleva laua abil. Räniplaadid ise ei pöörle ümber oma telje; lihvketast söödetakse aksiaalselt suurel kiirusel pöörlemise ajal ja lihvketta läbimõõt on suurem kui räniplaadi läbimõõt. Pöördlaua lihvimist on kahte tüüpi: tasapinnaline sukelduslihvimine ja tasapinnaline tangentsiaalne lihvimine. Tasapinnalise sukelduslihvimise puhul on lihvketta laius suurem kui räniplaadi läbimõõt ja lihvketta spindl söödab pidevalt oma aksiaalsuunas, kuni üleliigne osa on töödeldud, ja seejärel pööratakse räniplaati pöördlaua ajami all; tasapinnalise tangentsiaalse lihvimise puhul söödetakse lihvketas oma aksiaalsuunas ja räniplaati pööratakse pidevalt pöörleva ketta ajami all ning lihvimine viiakse lõpule edasi-tagasi söötmise (reciprocation) või hiiliva söötmise (creepfeed) abil.

Joonis 1, pöördlaua lihvimise (pinna tangentsiaalse) põhimõtte skemaatiline diagramm

Võrreldes lihvimismeetodiga on pöördlaua lihvimisel eelised kõrge eemaldamiskiirus, väikesed pinnakahjustused ja lihtne automatiseerimine. Lihvimisprotsessis muutuvad aga tegelik lihvimispind (aktiivne lihvimine) B ja lõikenurk θ (lihvketta välisringi ja räniplaadi välisringi vaheline nurk) koos lihvketta lõikeasendi muutumisega, mille tulemuseks on ebastabiilne lihvimisjõud, mis raskendab ideaalse pinnatäpsuse (kõrge TTV väärtus) saavutamist ning tekitab kergesti defekte, nagu servade kokkuvarisemine ja servade varisemine. Pöörlaua lihvimise tehnoloogiat kasutatakse peamiselt alla 200 mm paksuste monokristalliliste räniplaatide töötlemiseks. Monokristalliliste räniplaatide suuruse suurenemine on esitanud kõrgemad nõuded seadmete tööpingi pinnatäpsusele ja liikumistäpsusele, mistõttu pöördlaua lihvimine ei sobi üle 300 mm paksuste monokristalliliste räniplaatide lihvimiseks.
Lihvimise efektiivsuse parandamiseks kasutatakse kaubanduslikes tasapinnalistes tangentsiaallihvimisseadmetes tavaliselt mitme lihvketta struktuuri. Näiteks on seadmel komplekt jämeda lihvketta ja peenlihvketta ning pöördlaud pöörleb ühe ringi, et kordamööda jämeda ja peenlihvimise lõpule viia. Seda tüüpi seadmete hulka kuulub Ameerika GTI ettevõtte G-500DS (joonis 2).

Joonis 2, GTI ettevõtte G-500DS pöördlaua lihvimisseade Ameerika Ühendriikides

Ränivahvli pöörlev lihvimine:

Suuremõõtmeliste räniplaatide ettevalmistamise ja tagasihõõrdumise töötlemise vajaduste rahuldamiseks ning pinna täpsuse ja hea TTV väärtuse saavutamiseks pakkus Jaapani teadlane Matsui 1988. aastal välja räniplaatide pöörleva lihvimise (sisemise lihvimise) meetodi. Selle põhimõte on näidatud joonisel 3. Tööpingil adsorbeeritud monokristalliline räniplaat ja teemantlihvimisketas pöörlevad ümber oma vastavate telgede ning lihvkettale antakse pidevalt materjali aksiaalses suunas. Lihvketta läbimõõt on suurem kui töödeldud räniplaadi läbimõõt ja selle ümbermõõt läbib räniplaadi keskpunkti. Lihvimisjõu ja lihvimissoojuse vähendamiseks lõigatakse vaakum-iminapp tavaliselt kumeraks või nõgusaks või reguleeritakse lihvketta spindli ja iminapp-spindli telje vahelist nurka, et tagada lihvketta ja räniplaadi poolkontaktne lihvimine.

Joonis 3. Ränivahvli pöörleva lihvimise põhimõtte skemaatiline diagramm

Võrreldes pöördlauaga lihvimisega on ränivahvli pöördlihvimisel järgmised eelised: ① Ühekordse lihvimisega saab töödelda suuri, üle 300 mm läbimõõduga ränivahvleid; ② Tegelik lihvimisala B ja lõikenurk θ on konstantsed ning lihvimisjõud on suhteliselt stabiilne; ③ Lihvketta telje ja ränivahvli telje vahelise kaldenurga reguleerimise abil saab monokristalli ränivahvli pinnakuju aktiivselt reguleerida, et saavutada parem pinnakuju täpsus. Lisaks on ränivahvli pöördlihvimise lihvimisala ja lõikenurga θ eelised ka suure veerisega lihvimine, lihtne paksuse ja pinnakvaliteedi tuvastamine ja kontroll reaalajas, kompaktne seadmestruktuur, lihtne mitmejaamaline integreeritud lihvimine ja kõrge lihvimisefektiivsus.
Tootmise efektiivsuse parandamiseks ja pooljuhtide tootmisliinide vajaduste rahuldamiseks on räniplaatide pöördlihvimise põhimõttel põhinevad kaubanduslikud lihvimisseadmed mitme spindliga ja mitmejaamalise struktuuriga, mis võimaldab ühe laadimise ja mahalaadimisega teostada jämeda ja peene lihvimise. Koos teiste abiseadmetega on võimalik teostada monokristalliliste räniplaatide täisautomaatset lihvimist "kuivatamine sisse/välja" ja "kassetist kassetti".

Kahepoolne lihvimine:

Kui ränivahvli pöördlihvija töötleb ränivahvli ülemist ja alumist pinda, tuleb töödeldavat detaili pöörata ja töödelda etapiviisiliselt, mis piirab efektiivsust. Samal ajal tekivad ränivahvli pöördlihvimisel pinnavead, kopeerimine ja lihvimisjäljed ning pärast traatlõikamist (mitmesaag) on võimatu tõhusalt eemaldada defekte, nagu lainelisus ja koonus monokristalli ränivahvli pinnalt, nagu on näidatud joonisel 4. Nende defektide ületamiseks ilmus 1990. aastatel kahepoolne lihvimistehnoloogia (doublesidergrinding), mille põhimõtet on näidatud joonisel 5. Mõlemal küljel sümmeetriliselt jaotatud klambrid kinnitavad monokristalli ränivahvli kinnitusrõngasse ja pöörlevad aeglaselt rulli abil. Monokristalli ränivahvli mõlemal küljel on suhteliselt paigutatud paar topsikujulist teemantlihvimisketta. Õhklaagriga elektrilise spindli abil pöörlevad need vastassuundades ja söödavad aksiaalselt, et saavutada monokristalli ränivahvli kahepoolne lihvimine. Nagu jooniselt näha, saab kahepoolse lihvimisega tõhusalt eemaldada monokristallilise ränivahvli pinnalt lainelisuse ja koonuse pärast traadiga lõikamist. Lihvketta telje paigutussuuna järgi saab kahepoolset lihvimist teha horisontaalselt ja vertikaalselt. Nende hulgas saab horisontaalse kahepoolse lihvimisega tõhusalt vähendada ränivahvli omakaalust tingitud deformatsiooni mõju jahvatamise kvaliteedile ning on lihtne tagada, et lihvimisprotsessi tingimused monokristallilise ränivahvli mõlemal küljel oleksid samad, et abrasiivsed osakesed ja lihvimislaastud ei jääks monokristallilise ränivahvli pinnale kergesti kinni. See on suhteliselt ideaalne lihvimismeetod.

Joonis 4. "Vea kopeerimine" ja kulumisjäljed räniplaadi pöörleva lihvimise käigus

Joonis 5, kahepoolse lihvimise põhimõtte skemaatiline diagramm

Tabel 1 näitab ülaltoodud kolme tüüpi monokristalliliste räniplaatide lihvimise ja kahepoolse lihvimise võrdlust. Kahepoolset lihvimist kasutatakse peamiselt alla 200 mm paksuste räniplaatide töötlemiseks ja sellel on suur plaadi saagikus. Tänu fikseeritud abrasiivsetele lihvketastele on monokristalliliste räniplaatide lihvimisel võimalik saavutada palju parem pinnakvaliteet kui kahepoolse lihvimisega. Seetõttu vastavad nii räniplaatide pöördlihvimine kui ka kahepoolne lihvimine tavapäraste 300 mm räniplaatide töötlemiskvaliteedi nõuetele ja on praegu kõige olulisemad lamendamise meetodid. Räniplaatide lamendamise meetodi valimisel on vaja põhjalikult arvestada monokristallilise räniplaadi läbimõõdu, pinnakvaliteedi ja poleerimisplaadi töötlemistehnoloogia nõuetega. Pliiatsite tagumise õhendamise korral saab valida ainult ühepoolse töötlemismeetodi, näiteks räniplaatide pöördlihvimise meetodi.

Lisaks ränivahvli lihvimisel jahvatusmeetodi valikule on vaja kindlaks määrata ka mõistlikud protsessiparameetrid, nagu positiivne rõhk, lihvketta tera suurus, lihvketta sideaine, lihvketta kiirus, ränivahvli kiirus, lihvvedeliku viskoossus ja voolukiirus jne, ning määrata kindlaks mõistlik protsessitee. Tavaliselt kasutatakse segmenteeritud lihvimisprotsessi, mis hõlmab jämedat lihvimist, poolviimistluslihvimist, viimistluslihvimist, sädemevaba lihvimist ja aeglast toestust, et saada kõrge töötlemistõhususe, kõrge pinna tasasuse ja madala pinnakahjustusega monokristallilisi ränivahvleid.